DE3637318A1 - DEVICE FOR MEASURING THE LOAD-RELATED TWIST OF A ROTATING SHAFT - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der last­ abhängigen Verdrillung einer sich drehenden Welle.The invention relates to a device for measuring the load dependent twisting of a rotating shaft.

Solche aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen umfassen z. B. eine aus Dehnungsmeßstreifen aufgebaute Brücke, die auf der Welle so montiert sind, daß sie bei der aufgrund einer mechanischen Belastung auftretenden Verdrillung der Welle ebenfalls verdreht werden und somit ein elektrisches Signal abgeben, das als Maß für die momen­ tane Torsion verwendet und nach einer entsprechenden Ver­ stärkung weiterverarbeitet werden kann. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß deswegen, weil sich die Dehnungsmeßstreifen-Brücke mit der rotierenden Welle mitdreht, das von ihr erzeugte elektrische Signal nur über Schleifringe von der Welle abgegriffen und zu der fest­ stehenden Verstärkungs- und Verarbeitungsschaltung weiter­ geleitet werden kann. Der Abgriff eines Meßsignals über Schleifringe ist aber äußerst problematisch, weil die auf­ einander schleifenden Flächen einer starken mechanischen Abnutzung unterliegen und der zwischen ihnen bestehende Übergangswiderstand starken Veränderungen unterworfen sein kann, was zu einer erheblichen Verschlechterung der Meßge­ nauigkeit führt.Such devices known from the prior art include e.g. B. a constructed from strain gauges Bridge, which are mounted on the shaft so that they at those occurring due to mechanical stress Twisting the shaft can also be twisted and thus emit an electrical signal that is a measure of the moment tane torsion used and after a corresponding ver strengthening can be processed. One disadvantage of this known arrangement is that because the strain gauge bridge with the rotating shaft rotates, the electrical signal generated by it only over Slip rings tapped from the shaft and fixed to the standing amplification and processing circuit can be directed. The tap of a measurement signal via Slip rings is extremely problematic because of that mutually grinding surfaces of a strong mechanical Subject to wear and tear and that existing between them Contact resistance may be subject to strong changes can, which leads to a considerable deterioration of the Meßge accuracy leads.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, eine Verdrillungsmessung da­ durch durchzuführen, daß in die Welle induktiv eine Meßfrequenz eingekoppelt wird, deren Wert sich mit der Verdrillung der Welle ändert. Die geänderte Frequenz wird ebenfalls auf in­ duktivem Weg ausgekoppelt und die zwischen diesen beiden Signalen auftretende Frequenzverschiebung dient als Maß für die momentane Verdrillung der rotierenden Welle. Dieses be­ kannte Meßverfahren kommt zwar ohne sich mechanisch abnutzende Schleifringe aus, doch ist der für eine genaue Messung erfor­ derliche apparative Aufwand außerordentlich groß.To avoid these difficulties it is from a standing start also known in the art, a twist measurement there by performing a measuring frequency inductively in the shaft is injected, the value of which changes with the twist of the Wave changes. The changed frequency will also change to ducted path and that between these two Frequency shift occurring signals serves as a measure for the current twist of the rotating shaft. This be Known measuring method comes without mechanical wear  Slip rings, but is required for an accurate measurement the equipment expenditure is extraordinarily large.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, auf einfache und kostengünstige Weise die last­ abhängige Verdrillung einer rotierenden Welle berührungsfrei zu messen.In contrast, the invention is based on the object To create device of the type mentioned that it enables the load to be transported in a simple and cost-effective manner dependent twisting of a rotating shaft without contact to eat.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.To achieve this object, the invention sees in the claim 1 summarized features.

Gemäß der Erfindung sind an der sich drehenden Welle wenig­ stens zwei einen axialen Abstand aufweisende Markierungs­ gruppen vorgesehen, von denen jede wenigstens eine Markie­ rung umfaßt und die entweder direkt auf der Welle selbst oder jeweils auf einem Markierungsträger angebracht sind. Im letzteren Fall sind die Markierungsträger dann ihrer­ seits so in einem axialen Abstand auf der Welle montiert, daß sie sich mit dieser mitdrehen. Bei einer unmittelbaren Anbringung auf der Welle können die Markierungen beispiels­ weise als sich parallel zur Längsachse der Welle erstreckende, schmale Streifen ausgebildet sein. Im zweiten Fall sind die Markierungsträger vorzugsweise als in axialer Richtung flache Scheiben ausgebildet, auf denen die Markierungen in Form schmaler, in radialer Richtung von der Welle weg verlaufender Streifen angeordnet sind. Es sind aber auch andere Formen sowohl von Markierungsträgern als auch von Markierungen mög­ lich. Wichtig ist, daß sich wegen des axialen Abstandes der wenigstens zwei Markierungsgruppen eine Torsion der Welle so auf die Markierungsgruppen überträgt, daß sie gegeneinander eine torsionabhängige Winkelverschiebung in Drehrichtung er­ fahren. Mit Hilfe einer zumindest in Drehrichtung feststehenden, d. h. die Drehung der Welle nicht mitmachenden Sensoranordnung werden die Markierungen der wenigstens zwei Gruppen dann be­ rührungsfrei so abgetastet, daß ihre Winkelverschiebung aus dem Ausgangssignal der Sensoranordnung abgeleitet werden kann. Bei den Markierungen kann es sich um Bereiche han­ deln, die sich z. B. hinsichtlich ihrer Magne­ tisierung oder vorzugsweise hinsichtlich ihrer optischen Eigen­ schaften von ihren Nachbarbereichen unterscheiden. Im ersten Fall werden sie ähnlich wie eine Magnetplatte oder dergleichen berührungsfrei mit Hilfe von Magnetköpfen abgetastet. Im zwei­ ten Fall werden die Markierungen mit Hilfe einer oder mehrerer Lichtquellen beleuchtet und das von den Markierungen reflektierte bzw. durchgelassene Licht wird vermittels eines oder mehrerer Fotodetektoren empfangen, so daß auch hier eine berührungslose Messung gewährleistet ist. In jedem Fall entsteht das die Größe der Wellentorsion wiedergebende elektrische Signal als Ausgangs­ signal der sich nicht mitdrehenden Sensoranordnung und/oder einer ihr nachgeschalteten Auswerteeinheit ohne daß eine mecha­ nische Berührung der rotierenden Welle oder von Teilen erfor­ derlich ist, die sich mit der Welle mitdrehen.According to the invention, there is little on the rotating shaft at least two markings with an axial distance groups are provided, each of which has at least one markie tion includes and either directly on the shaft itself or are each attached to a marker carrier. In the latter case, the marker carriers are yours mounted on the shaft at an axial distance, that they turn with it. With an immediate The markings can be attached to the shaft, for example as extending parallel to the longitudinal axis of the shaft, narrow strips can be formed. In the second case they are Marking carriers preferably as flat in the axial direction Discs formed on which the markings are in shape narrower in the radial direction away from the shaft Stripes are arranged. But there are also other forms possible both of markers and markings Lich. It is important that because of the axial distance at least two marker groups a torsion of the shaft so transfers to the marker groups that they are against each other a torsional angle shift in the direction of rotation drive. With the help of a fixed, at least in the direction of rotation, d. H. the rotation of the shaft does not participate in the sensor arrangement the markings of the at least two groups will then be scanned without contact so that their angular displacement is off can be derived from the output signal of the sensor arrangement.  The markings can be areas deln z. B. regarding their magne tization or preferably in terms of their optical properties differentiate themselves from their neighboring areas. In the first Case they become similar to a magnetic disk or the like scanned contact-free with the help of magnetic heads. In two In this case, the markings are made with the help of one or more Illuminated light sources and that reflected by the markings or transmitted light is by means of one or more Receive photodetectors, so that even here a non-contact Measurement is guaranteed. In any case, this creates the size the electrical signal representing the wave torsion as an output signal of the sensor arrangement not rotating and / or an evaluation unit connected to it without a mecha African contact of the rotating shaft or parts required that rotates with the shaft.

Unabhängig davon, ob die Markierungen auf magnetischem oder optischem Wege abgetastet werden, kann für jede Markierungs­ gruppe eine eigene Sensoreinheit vorgesehen werden, deren Aus­ gangssignal jedes Mal dann eine Änderung erfährt, wenn eine Markierung aufgrund der Wellendrehung vorbeiläuft. Durch einen phasenvergleich zwischen den Ausgangssignalen der wenigstens zwei Sensoreinheiten läßt sich dann ein elektrisches Signal erzeugen, das die relative Winkelverschiebung zwischen den wenigstens zwei Markierungsgruppen und damit die Torsion der Welle wiederspiegelt. Nimmt man z. B. an, daß auf jedem als flache Scheibe ausgebildeten Markierungsträger eine Vielzahl von radial nach außen verlaufenden streifenförmigen Markierun­ gen vorgesehen ist, die in Drehrichtung in etwa gleichförmig voneinander beabstandet sind und alle in etwa die gleiche Breite besitzen, so erhält man am Ausgang einer diese Mar­ kierungen abtastenden Sensoreinheit eine in etwa periodische Folge von Impulsen oder sinusähnlichen Schwingungssignalen. Regardless of whether the markings are on magnetic or can be scanned optically for each marking Group a separate sensor unit are provided, the off output signal changes every time a Mark passed due to shaft rotation. Through a phase comparison between the output signals of the at least An electrical signal can then be sent to two sensor units generate the relative angular displacement between the at least two marker groups and thus the torsion of the Wave reflects. If you take z. B. assumes that on each as flat disc trained marker carrier a variety of radially outward stripe-shaped markings gene is provided, which is approximately uniform in the direction of rotation are spaced from each other and all approximately the same Possess width, so you get this Mar at the exit kations scanning sensor unit an approximately periodic Sequence of pulses or sinusoidal vibration signals.  

Sind auf der Welle genau zwei Markierungsträger befestigt, so kann auf einfache Weise die Phasenverschiebung zwischen den beiden sich so ergebenden periodischen Ausgangssignalen der zugehörigen Sensoreinheiten gemessen und hieraus die je­ weilige momentane Torsion der Welle ermittelt werden.If exactly two marker carriers are attached to the shaft, so can easily the phase shift between the two resulting periodic output signals of the associated sensor units measured and from this the respective momentary torsion of the shaft can be determined.

Insbesondere bei der optischen Abtastung von Markierungen, die sich hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften von ihren Nachbarbereichen auf den Markierungsträgern unter­ scheiden, kann die Anordnung jedoch so getroffen werden, daß die Winkelverschiebung zwischen den Markierungsträgern bereits im Abtastsignal vorhanden ist. Dadurch wird nur eine einzige Sensoreinheit benötigt, deren Ausgangssignal unmit­ telbar eine Information über die momentane Wellentorsion enthält.Especially when optically scanning markings, which differ in terms of their optical properties their neighboring areas on the markers below divide, the order can be made so that the angular displacement between the markers is already present in the scanning signal. This will only make one only sensor unit needed, the output signal unmit information about the current shaft torsion contains.

Dies ist beispielsweise bei einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fall, bei der die Markierungen eine von ihren Nachbarbereichen auf den Markierungsträgern verschiedene Lichtdurchlässigkeit besitzen und eine Lichtquelle und ein Fotodetektor so ange­ ordnet sind, daß ihre optische Verbindungslinie durch die beiden Markierungsträger hindurch in etwa parallel zu der sich drehenden Welle verläuft. Die beiden Markierungsträger sind als im wesentlichen identische flache Scheiben ausge­ bildet und auf der rotierenden Welle so befestigt, daß die Markierungen im unbelasteten Zustand der Welle, d. h. wenn keine Torsion vorhanden ist, in Richtung der Sichtlinie zwischen Lichtquelle und Fotodetektor miteinander fluchten. Nimmt man an, daß die Markierungen eine höhere Transparenz besitzen als die sie umgebenden Nachbarbereiche, so empfängt bei dieser Anordnung der Fotodetektor also Licht maximaler Helligkeit dann, wenn die Welle nicht tordiert ist. Wenn sich die Welle aufgrund einer am Abtriebsende auftretenden Last verwindet, so wird der näher am Abtriebsende liegende Markierungsträger gegen den anderen Markierungsträger ver­ dreht, so daß sich die auf ihm angebrachten Markierungen winkelmäßig gegen die Markierungen am anderen Markierungs­ träger verschieben, wodurch sich die Helligkeit des vom Fotodetektor empfangenen Lichtes vermindert. Vorzugsweise kann die Breite der Markierungen und ihrer Zwischenräume so gewählt werden, daß bei maximaler Torsion der Welle die lichtundurchlässigen Zwischenräume des einen Markierungs­ trägers in Projektionsrichtung des von der Lichtquelle zum Fotodetektor gerichteten Lichtes die lichtdurchlässigen Mar­ kierungen des anderen Markierungsträgers gerade überdecken, so daß die Helligkeit des in diesem Zustand vom Fotodetektor empfangenen Lichtes einen minimalen Wert aufweist.This is for example a particularly preferred one Variant of the device according to the invention, the case which marks one of their neighboring areas different light transmittance own and have a light source and a photodetector orders that their optical connecting line through the two marker carriers approximately parallel to the rotating shaft. The two markers are designed as essentially identical flat disks forms and attached to the rotating shaft so that the Markings in the unloaded state of the shaft, d. H. if there is no torsion towards the line of sight aligned between the light source and the photodetector. Assuming that the markings are more transparent possess than the surrounding areas surrounding them, so receive with this arrangement the photodetector is light maximum Brightness when the wave is not twisted. If the shaft due to one occurring at the output end  If the load is twisted, the one closer to the output end becomes Ver marker carrier against the other marker carrier turns so that the markings on it turn angularly against the markings on the other mark move carrier, which changes the brightness of the from Received photodetector diminished. Preferably can change the width of the marks and their spaces be chosen so that the maximum torsion of the shaft opaque spaces between the one marking carrier in the projection direction of the from the light source to Photodetector directed light the translucent Mar just overlap the markings of the other marker, so that the brightness of the photodetector in this state received light has a minimum value.

Bei einer weiteren Ausführungsform, bei der sich die Mar­ kierungen der Markierungsträger in optischer Hinsicht von ihren Nachbarbereichen unterscheiden, ist vorgesehen, daß das von der Lichtquelle ausgehende Licht durch die transparen­ ten Markierungen des einen Markierungsträgers hindurch auf die reflektierenden Markierungen des anderen Markierungsträ­ gers und von diesem zurück wieder durch die Markierungen des ersten Markierungsträgers hindurch auf einen Fotodetektor trifft, der auf der gleichen Seite der beiden Markierungsträger angeordnet ist wie die Lichtquelle. Bei einer weiteren Variante können Lichtquelle und Fotodetektor zwischen den beiden Mar­ kierungsträgern so angeordnet sein, daß das von der Lichtquelle ausgehende Licht auf die reflektierenden Markierungen des einen Markierungsträgers, von dort auf die reflektierenden Markierun­ gen des zweiten Markierungsträgers und von diesem zurück zum Fotodetektor fällt. Auch bei diesen weiteren Ausführungsformen ist es vorteilhaft, die Markierungen als radial verlaufende Streifen auszubilden, deren Breite und Abstände so aufeinander abgestimmt sind, daß die Helligkeit des auf den Fotodetektor auftreffenden Lichtes im unbelasteten Zustand jeweils ein Maximum und bei maximaler Torsion jeweils ein Minimum aufweist. In a further embodiment, in which the Mar markings of the marking carriers from an optical point of view distinguish their neighboring areas, it is provided that the light coming from the light source through the transparent th markings of the one marking carrier the reflective markings of the other marker gers and from this back through the markings of the first marking carrier through to a photodetector that meets on the same side of the two marker carriers is arranged like the light source. Another variant can light source and photo detector between the two Mar Kiersträgern be arranged so that the light source outgoing light on the reflective markings of one Marking carrier, from there onto the reflective marking gen of the second marker carrier and from this back to Photo detector falls. In these further embodiments too it is advantageous to mark the markings as radial Form stripes, their width and spacing so on each other are matched that the brightness of the on the photo detector a maximum of incident light in the unloaded state and has a minimum at maximum torsion.  

Da die Torsion einer rotierenden, an einem Ende angetriebenen und am anderen Ende mit einer Last beaufschlagten Welle als Maß für das von der Welle übertragene Drehmoment verwendet werden kann, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die erfindungs­ gemäße Vorrichtung zur Messung dieses Drehmomentes geeicht und verwendet wird.Because the torsion of a rotating, driven at one end and at the other end a shaft loaded with a load as Measure of the torque transmitted by the shaft can be preferably provided that the Invention calibrated device for measuring this torque and is used.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:The invention is described below with reference to exemplary embodiments play described with reference to the drawing; in this shows:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Sensoranordnung zur gemein­ samen Abtastung der beiden Markierungsträger aus einer Lichtquelle und einem Fotodetektor besteht, die in axialer Richtung voneinander beabstandet auf den beiden Außenseiten des zwischen den beiden Markierungs­ trägern vorhandenen Zwischenraums angeordnet sind, Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention, in which the sensor arrangement consists of common seed sampling of the two marking carrier from a light source and a photodetector which are spaced apart in the axial direction are arranged on the two outer sides of the existing gap carriers between the two marker,

Fig. 2a eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 1 in Richtung der Pfeile II-II bei nichtverdrillter Welle, FIG. 2a is a view of the arrangement from Fig. 1 in the direction of arrows II-II in nichtverdrillter shaft,

Fig. 2b eine der Fig. 2a entsprechende Ansicht bei maximal verdrillter Welle, Fig. 2b of Fig. 2a view corresponding to a maximum twisted shaft,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Sensoranordnung zur gemein­ samen Abtastung von zwei Markierungsträgern eine Lichtquelle und einen Fotodetektor umfaßt, die auf der gleichen Seite außerhalb des zwischen den Mar­ kierungsträgern vorhandenen Zwischenraums angeordnet sind, Fig. 3 shows another embodiment of an inventive device in which the sensor arrangement for common seeds scanning of two marking substrates comprises a light source and a photodetector which are arranged on the same side outside of between the Mar kierungsträgern existing gap,

Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Sensoranordnung zur gemeinsamen Abtastung der beiden Markierungsträger aus einem Fotodetektor und einer Lichtquelle besteht, die innerhalb des zwischen den beiden Markierungsträgern vorhandenen Zwischenraums angeordnet sind, Fig. 4 shows an embodiment of the inventive device in which the sensor arrangement for common sampling of the two mark carrier consists of a photodetector and a light source is disposed within the existing between the two marking substrates gap,

Fig. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungs­ formen, Fig. 5 is a signal diagram for explaining the operation of the execution shown in Figs. 1, 3 and 4 form,

Fig. 6 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Sensoranordnung zwei voneinander getrennte Abtastköpfe umfaßt, von denen jeder einen Markierungs­ träger abtastet, Fig. 6 shows an embodiment of the inventive device in which the sensor array comprises two separate sensing heads, each of which has a labeling scans carrier,

Fig. 7 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Sensoranordnung zwei Abtastköpfe umfaßt, von denen jeder eine unmittelbar auf der Welle selbst angebrachte Markierungsgruppe abtastet, und Fig. 7 shows an embodiment of the device according to the invention, in which the sensor arrangement comprises two scanning heads, each of which scans a marking group directly attached to the shaft itself, and

Fig. 8 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtungen aus Fig. 6 und 7. FIG. 8 shows a signal diagram to explain the mode of operation of the devices from FIGS. 6 and 7.

In den Fig. 1, 3, 4 und 6 ist jeweils eine in Richtung des Pfeils P rotierende Welle 1 dargestellt, auf der zwei als flache Kreisscheiben ausgebildete Markierungsträger 3, 4 konzentrisch zur Welle 1 mit einem axialen Abstand voneinander so montiert sind, daß sie sich mit der Welle 1 mitdrehen. Die feste Verbindung zwischen der Welle 1 und den Markierungsträ­ gern 3, 4 kann z. B. durch eine nicht dargestellte Nut-Zapfen- Verbindung realisiert werden, die eine einfache, genaue und über lange Zeit hinweg konstante Justierung der Markierungs­ träger 3, 4 auf der Welle 1 ermöglicht. Weiterhin zeigt jede der genannten Figuren eine Sensoranordnung 6, die an einer sich mit der Welle 1 nicht mitdrehenden Halterung 8 montiert ist und dazu dient, auf den Markierungsträgern 3, 4 angebrachte Markierungsgruppen 9′, 9 abzutasten, um aus den bei einer Verdril­ lung der Welle 1 zwischen der Markierungsgruppe 9′ des Markierungs­ trägers 3 und der Markierungsgruppe 9 des Markierungsträgers 4 auftretenden Winkelverschiebung ein Signal abzuleiten, das als Maß für die Verdrillung der Welle 1 dient. In Figs. 1, 3, 4 and 6, a rotating in the direction of arrow P shaft 1 is shown in each case, are mounted on the two formed as flat circular discs marking carrier 3, 4 concentric with the shaft 1 at an axial distance from each other so that they turn with shaft 1 . The fixed connection between the shaft 1 and the MARKING STRÄ like 3 , 4 can, for. B. can be realized by a groove-pin connection, not shown, which enables a simple, accurate and constant adjustment of the marking carrier 3 , 4 on the shaft 1 for a long time. Furthermore, each of the figures mentioned shows a sensor arrangement 6 , which is mounted on a bracket 8 which does not rotate with the shaft 1 and which is used to scan on the marking carriers 3 , 4 attached marking groups 9 ', 9 , in order to remove the elements from a twist Wave 1 between the marker group 9 'of the marker carrier 3 and the marker group 9 of the marker carrier 4 occurring angular displacement to derive a signal which serves as a measure of the twisting of the shaft 1 .

Die Unterschiede zwischen den in den Fig. 1, 3, 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung bestehen im wesentlichen in einer unterschiedlichen Ausgestaltung und/oder Funktionsweise der Sensoranordnung 6, auf die im folgenden unter Bezugnahme auf diese Figuren noch genauer eingegangen wird.The differences between the embodiments of the device according to the invention shown in FIGS. 1, 3, 4 and 6 essentially consist in a different design and / or mode of operation of the sensor arrangement 6 , which will be discussed in more detail below with reference to these figures.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 umfaßt die Sensoran­ ordnung 6 eine Lichtquelle 12, die beispielsweise von einer Leuchtdiode gebildet werden kann, und einen Fotodetektor 14, die außerhalb des zwischen den beiden Markierungsträgern 3, 4 vorhandenen axialen Zwischenraums so angeordnet sind, daß die als gestrichelte Linie 15 dargestellte, diese beiden elektrooptischen Bauelemente miteinander verbindende Sicht­ linie in etwa parallel zur Welle 1 durch die beiden Markierungs­ träger 3, 4 hindurchverläuft. Hier wie auch bei den Ausführungs­ beispielen gemäß den Fig. 3 und 4 können nicht dargestellte Linsen vorgesehen sein, die das von der Lichtquelle 12 aus­ gehende Lichtbündel vor seinem Auftreffen auf die Markierungs­ träger 3, 4 parallelisieren und das so erzeugte parallele Lichtbündel vor seinem Auftreffen auf den Fotodetektor 14 auf dessen lichtempfindliche Fläche fokussieren. Die in den Fig. 1, 3 und 4 wiedergegebene gestrichelte Linie 15 stellt jeweils den Zentralstrahl dieses Lichtbündels dar.In the embodiment according to FIG. 1, the sensor arrangement 6 comprises a light source 12 , which can be formed, for example, by a light-emitting diode, and a photodetector 14 , which are arranged outside the axial space between the two marking carriers 3 , 4 so that the as Dashed line 15 shown, these two electro-optical components connecting line of sight line approximately parallel to the shaft 1 through the two marking carriers 3 , 4 passes through. Here, as in the execution examples shown in FIGS. 3 and 4 lenses, not shown, may be provided, the parallelizing the light source 12 from reaching the light beam before it impinges on the mark carrier 3, 4 and the parallel beam of light so generated before it impinges focus on the photodetector 14 on its photosensitive surface. The dashed line 15 shown in FIGS. 1, 3 and 4 each represents the central beam of this light beam.

Wie man insbesondere den Fig. 2a und 2b entnimmt, umfassen die Markierungsgruppen 9′, 9 bei dem in Rede stehenden Aus­ führungsbeispiel jeweils eine Vielzahl von Markierungen 10′, 10, die auf den beiden Markierungsträgern 3, 4 als in radia­ ler Richtung verlaufende, schmale, trapezförmige transpa­ rente Streifen ausgebildet und durch ebenso geformte und in etwa die gleichen Abmessungen aufweisende lichtundurch­ lässige Nachbarbereiche 17 voneinander getrennt sind. In Fig. 2a sind der Einfachheit halber nur einige transparente Markierungen 10 mit den zugehörigen lichtundurchlässigen Nachbarbereichen 17 des in dieser Blickrichtung vorne liegen­ den Markierungsträgers 4 dargestellt. Durch die gestrichelten Linien 18 soll jedoch angedeutet werden, daß eine wesentlich größere Anzahl von Markierungen 10 und Nachbarbereichen 17 vorhanden und so angeordnet ist, daß in etwa die gesamte hier wiedergegebene Kreisfläche des Markierungsträgers 4 von ihnen gleichmäßig überdeckt ist.As can be seen in particular from FIGS. 2a and 2b, the marking groups 9 ', 9 in the exemplary embodiment in question each comprise a large number of markings 10 ', 10 , which extend on the two marking carriers 3 , 4 as a radial direction, narrow trapezoidal transpa pension strip formed and separated by similarly shaped and has approximately the same dimensions having lichtundurch transmissive adjacent areas 17th In FIG. 2a, for the sake of simplicity, only a few transparent markings 10 with the associated opaque neighboring regions 17 of the marker carrier 4, which are at the front in this viewing direction, are shown. The dashed lines 18 , however, are intended to indicate that a substantially larger number of markings 10 and neighboring regions 17 are present and arranged such that approximately the entire circular area of the marking carrier 4 shown here is covered uniformly by them.

Erfindungsgemäß sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Mar­ kierungsträger 3 und 4 in identischer Weise ausgebildet und so auf der Welle 1 montiert, daß sie bei dem in Fig. 2a wie­ dergegebenen torsionsfreien Zustand der Welle 1 in Richtung der Sichtlinie zwischen der Lichtquelle 12 und dem Foto­ detektor 14 genau miteinander fluchten. Da in Fig. 2a die Blickrichtung mit dieser Sichtlinie zusammenfällt, ist in dieser Figur der Markierungsträger 3 nicht zu sehen, da seine Markierungen 10′ und deren Nachbarbereiche 17′ genau hinter den Markierungen 10 und deren Nachbarbereichen 17 des Markie­ rungsträgers 4 liegen. Dementsprechend ist in Fig. 2a durch die transparente Markierung 10 hindurch, die genau senkrecht nach oben weist, ein Teil der hinter dem hinteren Markierungs­ träger 3 liegenden Lichtquelle 12 sichtbar.According to the invention in this embodiment, the marking carriers 3 and 4 are formed in an identical manner and mounted on the shaft 1 so that they are in the direction of the line of sight between the light source 12 and the photo detector in the torsion-free state of the shaft 1 shown in FIG. 2a 14 exactly aligned with each other. Since the line of sight coincides with this line of sight in Fig. 2a, the marker carrier 3 cannot be seen in this figure, since its markings 10 'and their neighboring regions 17 ' lie exactly behind the markers 10 and their neighboring regions 17 of the marker carrier 4 . Accordingly, part of the light source 12 lying behind the rear marking carrier 3 is visible in FIG. 2a through the transparent marking 10 , which points exactly vertically upwards.

In Fig. 2b ist die Anordnung aus Fig. 1 mit der maximal auf­ tretenden Verdrillung der Welle 1 wiedergegeben. Wie man sieht, ist die Breite sowohl der Markierungen 10 als auch ihrer Nachbarbereiche 17 so gewählt, daß durch die bei dieser Verdrillung auftretende Winkelverschiebung zwischen den beiden Markierungsträgern 3 und 4 durch die transparenten Markierungen des vorderen Markierungsträgers 4 hindurch nur noch die licht­ undurchlässigen Nachbarbereiche 17′ des hinteren Markierungs­ trägers 3 sichtbar sind, während die durchsichtigen Markie­ rungen 10′ des hinteren Markierungsträgers 3 durch die licht­ undurchlässigen Nachbarbereiche 17 des vorderen Markierungs­ trägers 4 abgedeckt werden. Die lichtundurchlässigen Bereiche 17′ des hinteren Markierungsträgers 3 sind in Fig. 2b nur der Deutlichkeit halber durch eine Schraffur gekennzeichnet. Tatsächlich sind sie genauso lichtundurchlässig wie die Be­ reiche 17′ des vorderen Markierungsträgers 4. Bei dieser maxi­ malen Verdrillung der Welle 1 wird also das von der Licht­ quelle 12 ausgehende Lichtbündel vollständig unterbrochen, so daß das Ausgangssignal des Fotodetektors 14 einen Minimal­ wert annimmt. Zwischen diesem Zustand und dem in Fig. 2a ge­ zeigten verdrillungsfreien Zustand, in welchem das Ausgangs­ signal des Fotodetektors 14 seinen Maximalwert annimmt, gibt es eine Vielzahl von Übergangszuständen, die jeweils zu einem anderen Wert des Ausgangssignals des Fotodetektors 14 führen, das somit als Maß für die Verdrillung der Welle 1 dienen kann.In Fig. 2b, the arrangement of FIG. 1 represented with the maximum passing on twisting of the shaft 1. As can be seen, the width of both the markings 10 and their neighboring regions 17 is selected such that due to the angular displacement occurring during this twisting between the two marking carriers 3 and 4 through the transparent markings of the front marking carrier 4 , only the opaque neighboring regions 17 'of the rear mark carrier 3 are visible, while the transparent Markie stanchions 10' of the trailing mark carrier 3 carrier 4 through the light-impermeable neighboring regions 17 of the front marking will be covered. The opaque areas 17 'of the rear marking carrier 3 are marked in Fig. 2b only for the sake of clarity by hatching. In fact, they are just as opaque as the areas 17 'of the front marker carrier 4 . At this maxi paint twisting of the shaft 1 , the light beam emanating from the light source 12 is completely interrupted, so that the output signal of the photodetector 14 assumes a minimum value. Between this state and the shown in Fig. 2a ge twist-free state, in which the output signal of the photodetector 14 assumes its maximum value, there are a variety of transition states, each leading to a different value of the output signal of the photodetector 14 , thus as a measure can serve for the twisting of the shaft 1 .

Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind die Lichtquelle 12 und der Fotodetektor 14 der Sensoreinheit 6 zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die auf der in Fig. 3 rechten Seite außerhalb des zwischen den Markierungsträgern 3 und 4 vorhandenen Zwischenraums angeordnet ist. Der in Fig. 3 rechte Markierungsträger 4 ist genauso ausgebildet wie die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Markierungsträger und besitzt insbesondere die gleichen transparenten Markierungen 10, die durch lichtundurchlässige Nachbarbereiche 17 voneinander getrennt sind. Somit kann das von der Lichtquelle 12 ausgehende Licht durch die transparen­ ten Markierungen 10 des Markierungsträgers 4 auf den in Fig. 3 linken Markierungsträger 3 fallen. Die auf der beleuchteten Seite dieses Markierungsträgers 3 angebrachten Markierungen 10′ und die zwischen ihnen befindlichen Nachbarbereiche 17′ besitzen zwar die gleiche Form und Größe wie die Markierungen 10 und die Nachbarbereiche 17 auf dem Markierungsträger 4, doch unterscheiden sich beim Markierungsträger 3 die Markierungen 10′ durch ein hohes Licht-Reflexionsvermögen von ihren stark Licht absorbierenden Nachbarbereichen 17′. Das von den Mar­ kierungen 10′ des linken Markierungsträgers 3 reflektierte Licht fällt durch die transparenten Markierungen 10 des rechten Markierungsträgers 4 zurück auf den Fotodetektor 14. Auch hier sind die beiden Markierungsträger 3 und 4 so angeordnet, daß das Ausgangssignal des Fotodetektors 14 im verdrillungsfreien Zustand der Welle 1 einen maxi­ malen Wert und bei der maximal auftretenden Verdrillung der Welle 1 einen minimalen Wert annimmt.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the light source 12 and the photodetector 14 of the sensor unit 6 are combined to form a structural unit which is arranged on the right-hand side in FIG. 3 outside the space between the marking carriers 3 and 4 . The marking carrier 4 on the right in FIG. 3 is designed in exactly the same way as the marking carrier described with reference to FIGS. 1 and 2 and in particular has the same transparent markings 10 which are separated from one another by opaque neighboring regions 17 . Thus, the light emanating from the light source 12 can fall through the transparent markings 10 of the marking carrier 4 onto the marking carrier 3 on the left in FIG. 3. The markings 10 'on the illuminated side of this marking carrier 3 ' and the neighboring regions 17 'between them have the same shape and size as the markings 10 and the neighboring regions 17 on the marking carrier 4 , but the markers 10 ' differ in the marking carrier 3 ' by a high light reflectivity of their strongly light-absorbing neighboring areas 17 '. The reflections from the markings 10 'of the left marking carrier 3 reflect through the transparent markings 10 of the right marking carrier 4 back onto the photodetector 14 . Again, the two marker carriers 3 and 4 are arranged so that the output signal of the photodetector 14 in the twist-free state of the shaft 1 assumes a maximum value and at the maximum twisting of the shaft 1 assumes a minimum value.

Auch bei dem in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind die Lichtquelle 12 und der Fotodetektor 14 der Sensor­ anordnung 6 zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die hier jedoch innerhalb des zwischen den Markierungsträgern 3 und 4 vorhandenen Zwischenraums angeordnet ist. Das von der Lichtquelle 12 ausgehende Lichtbündel ist in Fig. 4 etwas nach unten geneigt und fällt auf die innere Stirnfläche 19 des linken Markierungsträgers 3, die ebenso stark reflektierende Markierungen 10′ und stark absorbierende Nachbarbereiche 17′ aufweist, wie dies oben für den Markierungsträger 3 des Aus­ führungsbeispiels in Fig. 3 beschrieben wurde. Dabei ist die innere Stirnfläche 19 des Markierungsträgers so geneigt, daß das von den Markierungen 10′ reflektierte Lichtbündel in etwa parallel zur Welle 1 auf die gegenüberliegende innere Stirn­ fläche 20 des in Fig. 4 rechten Markierungsträgers 4 geworfen wird, der auf dieser inneren Stirnfläche 20 ebenfalls stark reflektierende Markierungen 10 aufweist, die durch stark ab­ sorbierende Nachbarbereiche 17 voneinander getrennt sind. Auch die innere Stirnfläche 20 ist leicht geneigt, so daß das von den Markierungen 10 reflektierte Lichtbündel zum Foto­ detektor 14 gelangt. Auch hier ist es möglich, die Form und Größe der Markierungen 10, 10′ und ihrer Nachbarbereiche 17, 17′ sowie die relative Lage der Markierungsträger 3, 4 so zu wählen, daß sich in der oben beschriebenen Weise im verdrillungsfreien Zustand der Welle 1 ein maximales Aus­ gangssignal und im maximal verdrillten Zustand der Welle 1 ein minimales Ausgangssignal des Fotodetektors 14 ergibt. Also in the embodiment shown in FIG. 4, the light source 12 and the photodetector 14 of the sensor arrangement 6 are combined to form a structural unit which, however, is arranged here within the space between the marking carriers 3 and 4 . The light beam emanating from the light source 12 is inclined somewhat downward in FIG. 4 and falls on the inner end face 19 of the left marking carrier 3 , which also has highly reflective markings 10 ′ and strongly absorbing neighboring regions 17 ′, as is the case above for the marking carrier 3 From the exemplary embodiment in Fig. 3 has been described. The inner end face is inclined 19 of the mark carrier so that the 'reflected by the markings 10 light beam surface parallel to the shaft 1 on the opposite inner end in about 20 of the thrown in Fig. 4, right mark carrier 4 which on this inner face 20 likewise has highly reflective markings 10 , which are separated from one another by strongly absorbing neighboring regions 17 . The inner end face 20 is slightly inclined so that the light beam reflected by the markings 10 reaches the photo detector 14 . Here, too, it is possible to choose the shape and size of the markings 10 , 10 'and their neighboring regions 17 , 17 ' and the relative position of the mark carriers 3 , 4 so that a twist-free state of the shaft 1 occurs in the manner described above Maximum output signal and in the maximum twisted state of the shaft 1 results in a minimum output signal of the photodetector 14 .

In Fig. 5 ist für drei verschiedene Verdrillungszustände der Welle 1 das Ausgangssignal des Fotodetektors 14 wie­ dergegeben, wie man es bei jeder der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen erhalten kann. Dabei ist über einer Zeitachse t die Amplitude A dieses Ausgangssignals ganz links für den verdrillungs­ freien Zustand, in der Mitte für eine mittlere Verdrillung und ganz rechts für eine knapp unterhalb des Maximalwertes liegende Verdrillung wiedergegeben. Wie man der Fig. 5 ent­ nimmt, erhält man für den verdrillungsfreien Zustand am Aus­ gang des Fotodetektors 14 ein nahezu impulsförmiges Signal 22, dessen Impulse in etwa die gleiche Breite besitzen wie die zwischen ihnen liegenden Zwischenräume.In FIG. 5, for three different states of twist of shaft 1, the output signal of photodetector 14 is given as can be obtained in each of the embodiments described with reference to FIGS . 1 to 4. The amplitude A of this output signal is shown on the far left for the twist-free state, in the middle for a medium twist and on the far right for a twist lying just below the maximum value over a time axis t . How to FIG. 5 takes ent, is obtained for the verdrillungsfreien state at the off transition of the photodetector 14 an almost pulse-shaped signal 22 whose pulses have approximately the same width as the spaces between them.

Wird die Welle 1 geringfügig verdrillt, so tritt eine kleine Winkelverschiebung zwischen den Markierungen 10 des einen Markierungsträgers und den Markierungen 10′ des anderen Mar­ kierungsträgers auf, wodurch zwar nicht die maximale Helligkeit des auf den Fotodetektor 14 treffenden Lichtes wohl aber die Länge der Zeitspannen vermindert wird, während derer diese maximale Helligkeit vorhanden ist. In Fig. 5 drückt sich dies darin aus, daß die das Signal 23 bildenden Impulse zwar in etwa dieselbe Amplitude wie die Impulse des Signals 22 aber eine wesentlich geringere Breite und somit größere Ab­ stände als jene besitzen. Ein das Ausgangssignal des Fotodetek­ tors 14 verarbeitender Gleichrichter, der als Teil der Meß- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung vorgesehen sein kann, wird also im Fall des mittleren Signals 24 eine wesentlich geringere Ausgangsspannung liefern als im Fall des linken Signals 22.If the shaft 1 is twisted slightly, a small angular displacement occurs between the markings 10 of the one marking carrier and the markings 10 'of the other marking carrier, which does not reduce the maximum brightness of the light striking the photodetector 14, but does reduce the length of the time spans during which this maximum brightness is present. In Fig. 5, this is expressed in that the pulses forming the signal 23 have approximately the same amplitude as the pulses of the signal 22 but have a much smaller width and thus larger from than those. A rectifier processing the output signal of the photodetector 14 , which can be provided as part of the measurement and evaluation circuit of the sensor arrangement, will thus deliver a substantially lower output voltage in the case of the middle signal 24 than in the case of the left signal 22nd

Bei dem in Fig. 5 ganz rechts wiedergegebenen Signal 24 wird von einer Verdrillung der Welle 1 ausgegangen, die so stark ist, daß aufgrund einer entsprechend starken Winkelverschie­ bung zwischen den beiden Markierungsträgern 3 und 4 das zum Fotodetektor 14 gelangende Licht seinen Maximalwert nicht mehr erreichen kann. Demgemäß besitzt das Signal 24 eine wesentlich kleinere Amplitude als die Signale 22 und 23 und die Abstände der Impulse ist noch größer als beim Signal 23. Ein mit diesem Signal 24 beaufschlagter Gleichrichter wird also eine noch geringere Ausgangs-Gleichspannung liefern als beim Signal 23. Erreicht die Verdrillung der Welle 1 ihren Maximalwert so gelangt, wie oben beschrieben, kein Licht mehr zum Fotodetektor 14, der somit auch keine Ausgangsimpulse mehr liefert. Das Ausgangssignal eines dem Fotodetektor 14 nachgeschalteten Gleichrichters wird dann ebenfalls einen Minimalwert annehmen.In the signal 24 shown on the far right in FIG. 5, a twisting of the shaft 1 is assumed which is so strong that due to a correspondingly strong angular displacement between the two marking carriers 3 and 4 , the light reaching the photodetector 14 no longer reaches its maximum value can. Accordingly, the signal 24 has a much smaller amplitude than the signals 22 and 23 and the spacing of the pulses is even larger than that of the signal 23 . A rectifier to which this signal 24 is applied will therefore provide an even lower DC output voltage than that of signal 23 . If the twisting of the shaft 1 reaches its maximum value, as described above, light no longer reaches the photodetector 14 , which therefore also no longer delivers output pulses. The output signal of a rectifier connected downstream of the photodetector 14 will then also assume a minimum value.

Bei dem in Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel um­ faßt die Sensoranordnung 6 zwei Abtastköpfe 25, von denen der eine den Markierungsträger 3 und der andere den Markie­ rungsträger 4 abtastet. Prinzipiell können hier die Markie­ rungsträger 3 und 4 ebenso ausgebildet sein, wie dies oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben wurde. Jeder der Abtastköpfe 25 umfaßt dann eine eigene Lichtquelle und einen eigenen Fotodetektor. Statt dessen können in diesem Fall die Markierungen aber auch in Form von Streifen auf den Markierungsträgern 3 und 4 aufgebracht sein, die sich hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften von den da­ zwischenliegenden Nachbarbereichen unterscheiden. In diesem Fall weist dann jeder der Abtastköpfe 25 einen Magnetkopf auf, der das Vorbeilaufen der Markierungen registriert und für jede Markierung einen Ausgangsimpuls abgibt. In jedem Fall erzeugt jeder der beiden Abtastköpfe 25, 25 eine Signalfolge, deren Amplitude und Frequenz von der Verdril­ lung der Welle 1 unabhängig ist. Vielmehr ergibt sich hier eine von der Verdrillung der Welle 1 abhängige Phasenver­ schiebung zwischen den Ausgangssignalen der beiden Abtast­ köpfe 25, die mit Hilfe eines Phasenkomparators, der hier einen Teil der Meß- und Auswerteschaltung der Sensoranord­ nung bildet, erfaßt und in ein das Ausmaß der Verdrillung der Welle 1 wiedergebendes Signal umgesetzt werden kann. In the embodiment shown in FIG. 6, the sensor arrangement 6 comprises two scanning heads 25 , one of which marks carrier 3 and the other marker carrier 4 scans. In principle, the marker carriers 3 and 4 can also be designed here, as was described above with reference to FIG. 1. Each of the scanning heads 25 then comprises its own light source and its own photo detector. Instead, in this case, the markings can also be applied in the form of strips on the marking carriers 3 and 4 , which differ in terms of their magnetic properties from the neighboring regions lying between them. In this case, each of the scanning heads 25 then has a magnetic head which registers the passing of the markings and emits an output pulse for each mark. In any case, each of the two scanning heads 25 , 25 generates a signal sequence, the amplitude and frequency of the twisting of the shaft 1 is independent. Rather, there is a phase shift dependent on the twisting of the shaft 1 between the output signals of the two scanning heads 25 , which is detected with the aid of a phase comparator, which forms part of the measurement and evaluation circuit of the sensor arrangement, and in a degree of Twisting of the wave 1 reproducing signal can be implemented.

Letzteres gilt auch für die in Fig. 7 wiedergegebene Anordnung, bei der die beiden Markierungsgruppen 9′, 9 mit einem gegenseitigen axialen Abstand unmittelbar auf die Oberfläche der Welle 1 aufgebracht sind, ohne daß hierzu spezielle Markierungsträger verwendet werden. Die Markierungen 10′ bzw. 10 der Markierungsgruppen 9′, 9 besitzen hier die Form von schmalen Streifen, die sich parallel zur Längsachse der Welle 1 erstrecken und in Umfangsrichtung der Welle voneinander beabstandet ange­ ordnet sind. Die die Markierungen 10 bzw. 10′ vonein­ ander trennenden Nachbarbereiche 17, 17′ besitzen in etwa die gleiche Form und Größe wie die Markierungen selbst und unterscheiden sich von diesen z. B. dadurch, daß sie ein anderes Licht-Reflexionsvermögen besitzen. Jede der beiden Markierungsgruppen 9′, 9 wird durch einen Abtastkopf 25 abgetastet, von denen jeder eine Lichtquelle 12 zur Beleuchtung der Markierungen der zugehörigen Markie­ rungsgruppe und einen Fotodetektor 14 zum Empfang des von der zugehörigen Markierungsgruppe reflektierten Lichtes umfaßt. Auch hier erzeugt jeder der Fotodetektoren 14 ein in etwa impulsförmiges Ausgangssignal, dessen Amplitude und Frequenz von der Verdrillung der Welle unabhängig sind. Ein Maß für diese Verdrillung liefert vielmehr die Phasen­ verschiebung, die zwischen den beiden Ausgangssignalen der beiden Fotodetektoren 14, 14 gemessen werden kann.The latter also applies to the arrangement shown in Fig. 7, in which the two marking groups 9 ', 9 are applied directly to the surface of the shaft 1 with a mutual axial distance without using special marking carriers. The markings 10 'and 10 of the marking groups 9 ', 9 here have the shape of narrow strips which extend parallel to the longitudinal axis of the shaft 1 and are spaced apart in the circumferential direction of the shaft. The markings 10 and 10 'vonein other separating neighboring areas 17 , 17 ' have approximately the same shape and size as the markings themselves and differ from these z. B. in that they have a different light reflectivity. Each of the two marking groups 9 ', 9 is scanned by a scanning head 25 , each of which comprises a light source 12 for illuminating the markings of the associated marking group and a photodetector 14 for receiving the light reflected from the associated marking group. Here, too, each of the photodetectors 14 generates an approximately pulse-shaped output signal, the amplitude and frequency of which are independent of the twisting of the wave. A measure of this twist rather provides the phase shift that can be measured between the two output signals of the two photodetectors 14 , 14 .

Dies wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 8 noch­ mals erläutert, in der die Ausgangssignale der Abtastköpfe 25 sowohl aus Fig. 6 als auch aus Fig. 7 für drei ver­ schiedene Verdrillungszustände der Welle 1 dargestellt sind, wobei das obere Diagramm die Ausgangssignale des jeweils in der Fig. 6 bzw. 7 linken Abtastkopfes 25 und das untere Diagramm die Ausgangssignale des jeweils rechten Abtastkopfes 25 wiedergibt. This will be explained again below with reference to FIG. 8, in which the output signals of the scanning heads 25 from both FIG. 6 and FIG. 7 are shown for three different twisting states of shaft 1 , the upper diagram showing the output signals of the respectively in Fig. 6 and 7 left scanning head 25 and the lower diagram representing output signals of the respective right scanning head 25.

In beiden Fällen können die beiden Markierungsgruppen 9 und 9′ in identischer Weise ausgebildet und so auf der Welle 1 angeordnet sein, daß sich für den verdril­ lungsfreien Zustand der Welle 1 zwischen den Ausgangs­ signalen 32 und 42 der beiden Abtastköpfe 25 keine Phasenverschiebung ergibt, wie dies in Fig. 8 ganz links dargestellt ist. Wird die Welle 1 demgegenüber geringfügig verdrillt, so bleiben zwar die Formen der Ausgangssignale der beiden Abtastköpfe 25 unverändert, doch ergibt sich eine zur Verdrillung der Welle 1 pro­ portionale Phasenverschiebung Δ _ϕ , wie dies in der Mitte der Fig. 8 für die Signale 33 und 43 dargestellt ist. Auch bei der in Fig. 8 ganz rechts durch die Signale 34 und 44 dargestellten maximalen Verdrillung der Welle 1 bleibt die Signalform unverändert und man erhält die maximale Phasenverschiebung Δ _ϕmax, die hier 180° beträgt.In both cases, the two marking groups 9 and 9 'are formed in an identical manner and arranged on the shaft 1 so that there is no phase shift between the output signals 32 and 42 of the two scanning heads 25 for the twist-free state of the shaft 1 , such as this is shown on the far left in FIG. 8. If, on the other hand, the shaft 1 is twisted slightly, the shapes of the output signals of the two scanning heads 25 remain unchanged, but there is a phase shift Δ _ϕ proportional to the twisting of the shaft 1 , as shown in the middle of FIG. 8 for the signals 33 and 43 is shown. Even at the maximum twist of shaft 1 shown on the far right in FIG. 8 by signals 34 and 44 , the signal shape remains unchanged and the maximum phase shift Δ _{ϕ max is obtained} , which is 180 ° here.

In allen geschilderten Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssignal der Sensoreinheit 6 auch als Maß für das von der Welle 1 übertragene Drehmoment verwendet werden.In all of the exemplary embodiments described, the output signal of the sensor unit 6 can also be used as a measure of the torque transmitted by the shaft 1 .

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Messen der lastabhängigen Verdrillung einer rotierenden Welle, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (1) wenigstens zwei Markierungsgruppen (9, 9′), von denen jede wenigstens eine Markierung (10, 10′) umfaßt, mit einem axialen Abstand so angebracht sind, daß sie sich mit der Welle (1) mitdrehen und eine Verdrillung der Welle (1) eine relative Winkelverschiebung zwischen den Markierungsgruppen (9, 9′) bewirkt, und daß eine sich mit der Welle (1) nicht mitdrehende Sensoranordnung (6) vorge­ sehen ist, die die Markierungen (10, 10′) berührungslos so abtastet, daß ihr Ausgangssignal eine Information über die jeweilige relative Winkellage der Markierungsgruppen (9, 9′) zueinander enthält.1. Device for measuring the load-dependent twisting of a rotating shaft, characterized in that on the shaft ( 1 ) at least two marking groups ( 9 , 9 '), each of which comprises at least one marking ( 10 , 10 '), with an axial distance are attached so that they rotate with the shaft ( 1 ) and a twisting of the shaft ( 1 ) causes a relative angular displacement between the marking groups ( 9 , 9 '), and that a sensor arrangement () which does not rotate with the shaft ( 1 ) 6 ) is seen easily, which scans the markings ( 10 , 10 ') without contact so that their output signal contains information about the relative relative angular position of the marking groups ( 9 , 9 ') to each other. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jede der Markierungsgruppen (9′, 9) auf einem Markierungsträger (3, 4) angeordnet ist, der auf der Welle (1) so montiert ist, daß er sich mit der Welle (1) mit­ dreht. 2. Device according to claim 1, characterized in that each of the marking groups ( 9 ', 9 ) on a marking carrier ( 3 , 4 ) is arranged, which is mounted on the shaft ( 1 ) so that it with the shaft ( 1 ) with rotates. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Markierungsträger (3, 4) in axialer Richtung flache Scheiben sind, auf deren Stirnflächen sich die Markierungen (10′, 10) in Form radial verlaufender Streifen erstrecken.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the marking carriers ( 3 , 4 ) are flat disks in the axial direction, on the end faces of which the markings ( 10 ', 10 ) extend in the form of radially extending strips. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Markierungsgruppen (9, 9′) unmittelbar auf der Welle (1) angebracht sind.4. The device according to claim 1, characterized in that the marking groups ( 9 , 9 ') are attached directly to the shaft ( 1 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch kennzeichnet, daß sich die Markierungen (10′, 10) hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften von ihren Nachbarbereichen (17′, 17) auf den Markierungs­ trägern (3, 4) unterscheiden und daß die Sensoranordnung (6) wenigstens eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Markierungen (10′, 10), wenigstens einen Fotodetektor (14) zum Empfangen des von den Markierungen (10′, 10) modulierten Lichtes der Lichtquelle (12) und eine Meß- und Auswerteschaltung zur Messung und Auswertung des vom Fotodetektor (14) erzeugten Ausgangssignals umfaßt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the markings ( 10 ', 10 ) differ in terms of their optical properties from their neighboring areas ( 17 ', 17 ) on the marker carriers ( 3 , 4 ) and that Sensor arrangement ( 6 ) at least one light source ( 12 ) for illuminating the markings ( 10 ', 10 ), at least one photodetector ( 14 ) for receiving the light from the light source ( 12 ) modulated by the markings ( 10 ', 10 ) and a measuring and evaluation circuit for measuring and evaluating the output signal generated by the photodetector ( 14 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (6) eine einzige Lichtquelle (12) und einen einzigen Fotodetektor (14) umfaßt, die die Markierungen (10′, 10) aller Markierungsträger (3, 4) gemeinsam abtasten. 6. Device according to one of claims 2, 3 or 5, characterized in that the sensor arrangement ( 6 ) comprises a single light source ( 12 ) and a single photodetector ( 14 ) which the markings ( 10 ', 10 ) of all marker carriers ( 3rd , 4 ) scan together. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Markierungen (10′, 10) hinsichtlich ihrer Lichtdurchlässigkeit von ihren Nach­ barbereichen (17′, 17) unterscheiden und daß die Licht­ quelle (12) in axialer Richtung außerhalb des zwischen den Markierungsträgern (3, 4) liegenden Zwischenraums auf der einen Seite der Markierungsträgeranordnung und der Fotodetektor (14) in axialer Richtung außerhalb des zwischen den Markierungsträgern (3, 4) liegenden Zwischen­ raums auf der anderen Seite der Markierungsträgeranordnung angeordnet ist (Fig. 1).7. The device according to claim 6, characterized in that the markings ( 10 ', 10 ) differ in terms of their translucency from their after bar areas ( 17 ', 17 ) and that the light source ( 12 ) in the axial direction outside of between Marker carriers ( 3 , 4 ) lying space on one side of the marker carrier arrangement and the photodetector ( 14 ) is arranged in the axial direction outside the intermediate space between the marker carriers ( 3 , 4 ) on the other side of the marker carrier arrangement ( Fig. 1). 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Markierungen (10) auf dem einen Markierungsträger (4) hinsichtlich ihrer Lichtdurchlässigkeit und die Markierungen (10′) auf dem anderen Markierungsträger (3) hinsichtlich ihres Licht- Reflexionsvermögens von den jeweiligen Nachbarbereichen (17, 17′) unterscheiden und daß die Lichtquelle (12) und der Fotodetektor (14) in axialer Richtung außerhalb des zwischen den Markierungsträgern (3, 4) liegenden Zwischen­ raums auf derselben Seite neben dem Markierungsträger (4) angeordnet sind, der die Markierungen (10) aufweist, die sich von ihren Nachbarbereichen (17) durch ihre Licht­ durchlässigkeit unterscheiden (Fig. 3).8. The device according to claim 6, characterized in that the markings ( 10 ) on the one marker carrier ( 4 ) with regard to their light transmission and the markings ( 10 ') on the other marker carrier ( 3 ) with respect to their light reflectivity of the respective Differentiate neighboring areas ( 17 , 17 ') and that the light source ( 12 ) and the photodetector ( 14 ) are arranged in the axial direction outside of the space between the marking carriers ( 3 , 4 ) between the spaces on the same side next to the marking carrier ( 4 ) the markings ( 10 ), which differ from their neighboring areas ( 17 ) by their translucency ( Fig. 3). 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Markierungen (10′, 10) auf beiden Markierungsträgern (3, 4) sich hinsichtlich ihres Licht-Reflexionsvermögens von ihren Nachbarbereichen (17′, 17) unterscheiden und daß die Lichtquelle (12) und der Fotodetektor (14) so in axialer Richtung im Zwischen­ raum zwischen den beiden Markierungsträgern (3, 4) ange­ ordnet sind, daß die Lichtquelle (12) die die Markierungen (10′) tragende Innenfläche (19) des einen Markierungs­ trägers (3) beleuchtet und der Fotodetektor (14) das von der die Markierungen (10) tragenden Innenfläche (20) des anderen Markierungsträgers (4) reflektierte Licht empfängt (Fig. 4). 9. The device according to claim 6, characterized in that the markings ( 10 ', 10 ) on both marking carriers ( 3 , 4 ) differ in terms of their light reflectivity from their neighboring areas ( 17 ', 17 ) and that the light source ( 12th ) and the photodetector ( 14 ) in the axial direction in the space between the two marking carriers ( 3 , 4 ) are arranged that the light source ( 12 ) bearing the markings ( 10 ') inner surface ( 19 ) of a marking carrier ( 3 ) is illuminated and the photodetector ( 14 ) receives the light reflected from the inner surface ( 20 ) of the other marking carrier ( 4 ) carrying the markings ( 10 ) ( FIG. 4). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Abtast­ köpfe (25, 25) umfaßt, die jeweils die Markierungen (10′, 10) der zugehörigen Markierungsgruppe (9′, 9) ab­ tasten und daß die Sensoranordnung (6) eine die gegen­ seitige Phasenlage der Ausgangssignale der Abtastköpfe (25, 25) messende und auswertende Schaltungsanordnung umfaßt (Fig. 6 und 7).10. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor arrangement comprises at least two axially spaced scanning heads ( 25 , 25 ), each of the markings ( 10 ', 10 ) of the associated marking group ( 9 ', 9 ) from touch and that the sensor arrangement ( 6 ) comprises a circuit arrangement measuring and evaluating the mutual phase position of the output signals of the scanning heads ( 25 , 25 ) (FIGS . 6 and 7). 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mar­ kierungsgruppe (9, 9′) eine Vielzahl von Markierungen (10, 10′) umfaßt, die in Drehrichtung in etwa gleich­ mäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each marking group ( 9 , 9 ') comprises a plurality of markings ( 10 , 10 ') which are arranged approximately equally spaced apart from one another in the direction of rotation. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (10, 10′) der Markierungsgruppen (9, 9′) im unbelasteten Zustand der Welle (1) in axialer Richtung gesehen miteinander fluchten.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the markings ( 10 , 10 ') of the marking groups ( 9 , 9 ') in the unloaded state of the shaft ( 1 ) seen in the axial direction aligned with each other. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Markierungen (10′, 10) so gewählt ist, daß bei maximaler Verdrillung der Welle (1) die Markierungen (10′ oder 10) der einen Markierungsgruppe (9′ oder 9) in axialer Richtung gesehen mit den Nachbarbereichen (17 oder 17′) der Markierungen (10 oder 10′) der anderen Markierungsgruppe (9 oder 9′) fluchten.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the markings ( 10 ', 10 ) is selected so that at maximum twisting of the shaft ( 1 ) the markings ( 10 ' or 10 ) of the one marking group ( 9 ' or 9 ) seen in the axial direction with the adjacent areas ( 17 or 17 ') of the markings ( 10 or 10 ') of the other marking group ( 9 or 9 '). 14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung des von der rotierenden Welle (1) übertragenen Drehmomentes.14. Use of the device according to one of the preceding claims for measuring the torque transmitted by the rotating shaft ( 1 ).